Инженер по проектированию механизированных разработок (системы передачи данных). Г. М. Лосев

Систематическое совершенствование электронно-вычислительных машин значительно расширило их возможности по обработке и хранению информации. Более того, "способности" ЭВМ начали превышать возможности их эффективного использования традиционными методами, при которых ресурсами ЭВМ пользуется ограниченный круг людей (например, только сотрудники учреждения, владеющего данной ЭВМ). Поэтому возникла идея коллективного использования ЭВМ одновременно большим количеством пользователей, которые не являются сотрудниками учреждения - владельцами ЭВМ и могут располагаться от нее на любом расстоянии. Такой удаленный доступ пользователей к ЭВМ получил название "теледоступ".

Реализация теледоступа привела к созданию специального класса устройств удаленных терминалов пользователей (или абонентских пунктов) и систем передачи данных, с помощью которых осуществляется связь терминалов с ЭВМ, причем число удаленных терминалов может достигать нескольких сотен. На базе таких ЭВМ организуются вычислительные центры коллективного пользования (ВЦКП).

Еще больший эффект использования ЭВМ достигается при организации сетей ЭВМ, в которых системами передачи данных соединено множество вычислительных центров. В сетях ЭВМ каждый пользователь имеет удаленный доступ к любой ЭВМ. Примером такой сети является информационно-вычислительная сеть АН СССР "Академсеть". Создание сетей ЭВМ является перспективным направлением использования вычислительной техники и во многом определяется уровнем развития систем передачи данных. Системы передачи данных обязаны рождением вычислительной технике и теснейшим образом связаны с ней.

Системы передач данных являются транспортными артериями для информационных потоков. В наиболее простом случае они состоят из линий связи и аппаратуры передачи данных (АПД), которая устанавливается на концах линий.

Вычислительный центр

В качестве линий связи в настоящее время используются каналы телеграфных и телефонных сетей. Телеграфные сети, хотя и передают сигналы импульсной формы, близкие по своим характеристикам к импульсным сигналам ЭВМ, обеспечивают малую скорость передачи информации (не более 24 алфавитно-цифровых знаков в секунду) и имеют низкую достоверность, то есть соответствие между переданной и принятой информацией. Достаточно сказать, что в телеграфии одна ошибка на одну тысячу переданных знаков считается нормальным явлением, а в передаче данных для самых простых систем она допускается на один миллион переданных знаков.

Телефонные сети в принципе никогда не предназначались для передачи импульсных сигналов - электрические сигналы телефонных аппаратов представляют собой непрерывную функцию времени. Кроме того, в них очень сильны импульсные помехи, которые мы ощущаем как потрескивание в телефонной трубке. И если эти помехи не мешают ведению разговора, то в передаче данных помехи и сигналы имеют сходный импульсный характер и их очень трудно разделить. Поэтому как для телеграфии, так и для телефонии необходимо произвести преобразование импульсов ЭВМ в сигналы, свойственные данному каналу связи (и, конечно, обратное преобразование), а также обеспечить защиту информации от ошибок. Эти функции и выполняет аппаратура передачи данных.

Школьники у дисплея

Совокупность систем передачи данных образует сети передачи данных или, как еще называют, коммуникационные сети. В СССР уже действует общегосударственная сеть передачи данных ПД-200, которая организована на базе телеграфных каналов связи. Пользователем этой сети может стать любое государственное учреждение, которое заинтересовано в обмене данными с другими учреждениями. По заявке этого учреждения владелец сети ПД-200 Министерство связи СССР передает в аренду и устанавливает в этом учреждении абонентский пункт (терминал), который содержит вызывное устройство, дисплей, печатающее устройство и аппаратуру передачи данных. Этот абонентский пункт обеспечивает пользователю доступ через коммутируемые каналы связи к другому пункту или ЭВМ. При этом абонентский пункт может располагаться в одном городе, например, в Новосибирске, а ЭВМ - в другом, например, в Москве, но пользователь этого не заметит, так как время ответа практически не изменяется.

Сейчас ведутся работы по созданию второй очереди этой сети, которая базируется на телефонных линиях связи. Скорость передачи данных в этой сети будет гораздо выше.

На время всего сеанса связи канал занимается пользователем независимо от того, работает он или нет. В таких системах канал и в целом линия связи используются неэффективно, а ведь их стоимость иногда сравнима со стоимостью ЭВМ.

В последние годы начали создаваться системы связи, которые предназначены именно для передачи данных. Они получили название "специальные сети передачи данных". Здесь информация передается короткими сообщениями определенной длины - пакетами. Каждому пакету присваивается адрес, по которому он должен быть доставлен, то есть пакет аналогичен почтовому конверту. От терминала абонента этот пакет отправляется в ближайший центр коммутации пакетов - как бы в местное почтовое отделение. Там записываются в памяти все пакеты, поступающие от пользователей, просматриваются их адреса (аналогично сортировке конвертов), и они немедленно отправляются по свободному пути в направлении того центра коммутации, который находится ближе к адресату (в обычной почте этой процедуре соответствует развозка конвертов транспортом).

То же самое делается и во втором центре, третьем и т. д., пока пакет не достигнет адресата. Подобные сети называются сетями с коммутацией пакетов; в них между абонентом и адресатом не устанавливается сквозное соединение, как в сетях с коммутацией каналов. Благодаря тому, что пакеты имеют адреса, по одному и тому же каналу можно передавать одновременно пакеты от разных абонентов. При этом каналы связи используются эффективно. Возможность создания таких сетей стала реальной благодаря применению в них ЭВМ, поскольку только ЭВМ способны быстро обработать пакеты сообщений. Благодаря практически неограниченной памяти и колоссальному быстродействию ЭВМ в недалеком будущем будет организована интегральная цифровая система связи, в которой все виды информации - телеграфная, телефонная, передача данных, радиовещание, телевидение и телеметрия - будут преобразовываться в цифровую форму, передаваться единым способом, аналогичным пакетному способу передачи данных, по единой сети связи.

Цифровые сети должны обладать колоссальной пропускной способностью и иметь широкую разветвленность. Поэтому традиционные линии связи уступят место волоконно-оптическим и спутниковым линиям связи. Волоконно-оптические линии связи представляют собой гибкие стеклянные "провода", по которым распространяется свет лазера. Передача информации осуществляется посредством модуляции луча света лазера сигналами данных. На приемном конце происходит обратное преобразование.

Задачи все усложняются

Главное достоинство волоконно-оптической линии связи - огромная пропускная способность. По одной такой линии можно передать одновременно телефонные разговоры всех абонентов крупного города. Они позволяют соединить процессоры удаленных на значительное расстояние ЭВМ так же просто, как если бы они стояли рядом. Еще одно достоинство этих линий делает их чрезвычайно перспективными - для изготовления стеклянных волокон используется кварц, запасы которого в природе практически неограниченны, а стоимость ничтожна по сравнению с медью.

Но волоконно-оптические линии связи все же остаются кабельными системами. А кабель проложить можно не везде. В труднодоступных местах, а также между подвижными объектами кабель не проложишь. В этом случае задача передачи данных может быть успешно решена с помощью беспроводных систем связи, в частности, радиосистем. Здесь могут быть использованы радиорелейные линии, которые с успехом обеспечат связь между стационарными объектами в горах, тундре и т. д. Для связи с подвижными объектами на воде, суше и в воздухе могут быть использованы различные радиостанции. И, конечно, большие перспективы намечаются при использовании спутников связи.

Однако, чтобы радиосистемы связи удовлетворили высоким требованиям к качеству передачи сигналов данных, необходимо обеспечить эти системы помехоустойчивостью - задача традиционно теоретически и практически сложная.

Инженеры систем передачи данных работают на стыке двух научно-технических направлений - вычислительной техники и электросвязи. Сама передача данных становится научно-техническим направлением, важность которого с каждым годом растет. Труд инженеров имеет два основных направления - разработка систем и их эксплуатация.

Внедрение вычислительной техники в системы передачи данных открывает перед инженерами-разработчиками систем огромные возможности для творческой работы. Для того чтобы создать технически совершенную систему передачи данных, инженер-разработчик должен предварительно промоделировать ее на ЭВМ и, сидя за терминалом, "проиграть" различные режимы ее работы.

Затем разработчик должен продемонстрировать свое умение воплотить математическую модель в совокупность порой совершенно различных по своему характеру технических устройств. Для этого он должен обладать знаниями в таких областях, как микроэлектроника, электросвязь, программирование и т. д. Чтобы быть уверенным в правоте своих технических решений, разработчик должен уметь создавать действующие макеты отдельных узлов системы, исследовать их работу, анализировать и обобщать полученные экспериментальные результаты.

Очень часто, казалось бы, совершенно правильное теоретическое решение не дает желаемого результата на макете. В этом случае разработчик должен обладать настойчивостью, терпением, способностью аналитически мыслить и достаточным теоретическим багажом, чтобы выявить причины расхождения и устранить их. Только при этих условиях затраченные усилия приведут к созданию такой системы, которая необходима обществу, и только при этих условиях разработчик почувствует радость от своего труда.

Инженеры-разработчики в основном трудятся в научно-исследовательских и опытно-конструкторских организациях.

Инженеры, занятые эксплуатацией систем передачи данных, работают, как правило, в вычислительных центрах. От них требуется умение быстро разбираться в принципе работы и внутреннем устройстве эксплуатируемых технических средств, в основном пользуясь лишь технической документацией. Необходимо уметь логически рассуждать, обладать инженерной интуицией, быть наблюдательным и внимательным даже, казалось бы, к мелочам. Эти качества позволят инженеру быстро ввести устройства в работу и затем поддерживать их в работоспособном состоянии.

Специфическими трудностями профессии инженера по системам передачи данных является необходимость углубленных знаний одновременно в двух различных областях - вычислительной технике и связи. Это требует от инженера довольно больших умственных усилий, чтобы систематически поддерживать свои знания на современном уровне в обеих областях. Привлекательная сторона труда - новизна проблем, разнообразие областей применения средств передачи данных, их большое народнохозяйственное значение.

Специалистов по системам передачи данных готовят многие технические вузы страны на специальностях: "Автоматика и телемеханика", "Автоматизированные системы управления", "Радиоэлектронные устройства" и др. По этим же специальностям младший технический персонал готовят многие техникумы авиационного приборостроения и автоматики, машиностроительные техникумы, техникумы связи и т. д.